DE202021100530U1 - System for in-situ autogenous aluminum-based composite material with control of the melt through continuous treatment - Google Patents
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Abstract
System für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze durch kontinuierliche Behandlung, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst:
einen Aluminium-Schmelzofen, der eine Aluminiumschmelze enthält;
eine Vakuumkammer, wobei die Vakuumkammer ein Tauchrohr und eine Luftabsaugöffnung aufweist, wobei das Tauchrohr dafür vorgesehen ist, in die Aluminiumschmelze im Aluminium-Schmelzofen eintauchbar zu sein, wobei die Luftabsaugöffnung dazu dient, die Vakuumkammer zu evakuieren;
einen Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon, wobei der Graphitrotor eine Drehstange und einen Sprühkopf aufweist, wobei die Drehstange so eingestellt ist, dass sie mittels eines abgedichteten Lagers, das an einer Oberseite der Vakuumkammer angeordnet ist, durch den Vakuumraum der Vakuumkammer hindurch läuft und den Sprühkopf in einen Boden der Aluminiumschmelze einführt;
eine elektromagnetische Rührvorrichtung, wobei die elektromagnetische Rührvorrichtung unter dem Aluminium-Schmelzofen vorgesehen ist;
ein Auslassströmungskanal für die Aluminiumschmelze ist an einer oberen Seitenwand des Ofenkörpers des Aluminium-Schmelzofens vorgesehen, und ein Einlassströmungskanal für die Aluminiumschmelze ist an einer unteren Seitenwand des Ofenkörpers des Aluminium-Schmelzofens vorgesehen.
System for in-situ autogenous aluminum-based composite material with control of the melt by continuous treatment, characterized in that the system comprises:
an aluminum melting furnace containing a molten aluminum;
a vacuum chamber, the vacuum chamber having a dip tube and an air suction opening, the dip tube being designed to be immersible in the aluminum melt in the aluminum melting furnace, the air suction opening serving to evacuate the vacuum chamber;
a graphite rotor for rotary spraying of argon, the graphite rotor having a rotating rod and a spray head, the rotating rod being set such that it runs through the vacuum chamber of the vacuum chamber and the spray head by means of a sealed bearing which is arranged on an upper side of the vacuum chamber introduces the molten aluminum into a bottom;
an electromagnetic stirring device, the electromagnetic stirring device being provided under the aluminum melting furnace;
an outlet flow channel for the molten aluminum is provided on an upper side wall of the furnace body of the aluminum melting furnace, and an inlet flow channel for the molten aluminum is provided on a lower side wall of the furnace body of the aluminum melting furnace.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial auf Aluminiumbasis, insbesondere ein System für die Herstellung eines in-situ-autogenen aluminiumbasierten Verbundmaterials.The invention relates to an aluminum-based composite material, in particular to a system for the production of an in-situ autogenous aluminum-based composite material.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Ein in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial verwendet eine chemische Reaktion zwischen verschiedenen Elementen oder Chemikalien unter bestimmten Bedingungen, um ein oder mehrere Partikel mit keramischer Phase in einer Aluminiummatrix zu erzeugen, um den Zweck der Verbesserung der Eigenschaften einer einzelnen Metalllegierung zu erreichen. Durch in-situ-autogen hergestelltes Verbundmaterial ist die Oberfläche des Verstärkers frei von Verunreinigungen, und die Kompatibilität zwischen der Matrix und dem Verstärker ist gut. Durch die Wahl der Art der Reaktion und die Steuerung der Reaktionsparameter können unterschiedliche Arten von in-situ-verstärkten Partikeln erhalten werden.An in-situ autogenous aluminum-based composite material uses a chemical reaction between various elements or chemicals under certain conditions to produce one or more particles with a ceramic phase in an aluminum matrix for the purpose of improving the properties of a single metal alloy. With composite material produced in situ autogenously, the surface of the enhancer is free from impurities and the compatibility between the matrix and the enhancer is good. By choosing the type of reaction and controlling the reaction parameters, different types of in-situ-enhanced particles can be obtained.
Das in-situ-autogene aluminiumbasierte Verbundmaterial stellt jedoch höhere Anforderungen an Bedingungen wie Entgasung und Entfernung von Verunreinigungen während des Herstellungsprozesses, andernfalls ist es leicht, eine ungleichmäßige Größe und Verteilung und einen geringen Massenanteil der Partikel mit Verstärkungsphase in dem hergestellten Verbundmaterial zu verursachen, oder die Materialstruktur wird verschlechtert, die Gießeigenschaft wird sich verschlimmern und die mechanische Eigenschaft des Materials wird reduziert.However, the in-situ autogenous aluminum-based composite material places higher demands on conditions such as degassing and removal of impurities during the manufacturing process, otherwise it is easy to cause an uneven size and distribution and a low mass fraction of the particles with reinforcing phase in the composite material produced, or the material structure will be deteriorated, the casting property will deteriorate, and the mechanical property of the material will be reduced.
Die Entgasung der Aluminiumschmelze erfolgt im Stand der Technik durch Drehspritzen von Inertgas. Die Kernkomponente dieser Technik ist eine hohle Drehstange, d.h. ein Rotor, der an einem Ende einen rotierenden Sprühkopf aufweist, im Gebrauch wird die hohle Drehstange in die Aluminiumschmelze eingefügt, und das Inertgas wird durch einen mittleren Durchgang der Drehstange eingeblasen und durch den rotierenden Sprühkopf ausgestoßen, die sich bildenden Blasen werden durch die hohe Drehzahl des Sprühkopfes in eine große Anzahl kleiner Blasen aufgelöst, Wasserstoff in der Aluminiumschmelze wird an diesen kleinen Blasen anhaften und als Wasserstoffgas ausfallen, während Fremdpartikel in der Aluminiumschmelze adsorbiert und auf den Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen werden, um den Zweck der Entgasung und Entfernung von Verunreinigungen zu erreichen.In the prior art, the aluminum melt is degassed by rotary spraying of inert gas. The core component of this technique is a hollow rotating rod, i.e. a rotor having a rotating spray head at one end, in use the hollow rotating rod is inserted into the aluminum melt and the inert gas is injected through a central passage of the rotating rod and expelled through the rotating spray head , The bubbles that form are dissolved into a large number of small bubbles by the high speed of the spray head, hydrogen in the molten aluminum will adhere to these small bubbles and precipitate as hydrogen gas, while foreign particles in the molten aluminum will be adsorbed and float on the liquid level around the Purpose to achieve degassing and removal of contaminants.
Heutzutage wird ein Rotor zur Entgasung einer Aluminiumschmelze häufig aus einem Graphitmaterial hergestellt, weil das Graphitmaterial eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit aufweist, maschinell bearbeitet werden kann und die Aluminiumflüssigkeit das Graphit nicht benetzt, die Schwächen vom Graphitmaterial sind jedoch weniger beständig gegen Oxidation bei hohen Temperaturen, so dass ein Austausch nur für 14 bis 20 Tage (Lebensdauer) erforderlich ist.Nowadays, a rotor for degassing molten aluminum is often made of a graphite material because the graphite material has excellent thermal shock resistance, can be machined, and the aluminum liquid does not wet the graphite, but the weaknesses of the graphite material are less resistant to oxidation at high temperatures, so that an exchange is only required for 14 to 20 days (lifetime).
Außerdem ist es eine Aufgabe, die vom Fachmann auf dem Gebiet zu lösen ist, wie der Grad der gleichmäßigen Verteilung der Partikel mit Verstärkungsphase weiter verbessert wird.In addition, it is an object to be solved by a person skilled in the art how the degree of uniform distribution of the particles with reinforcing phase is further improved.
Darüber hinaus ist der Fachmann auf dem Gebiet auch bestrebt, ein System und ein Verfahren zur kontinuierlichen Verarbeitung von in-situ-autogenem aluminiumbasiertem Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze zu entwickeln.In addition, those skilled in the art also endeavor to develop a system and a method for the continuous processing of in-situ autogenous aluminum-based composite material with control of the melt.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGCONTENT OF THE PRESENT INVENTION
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt ein System für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze durch kontinuierliche Behandlung bereit, umfassend einen Aluminium-Schmelzofen, der eine Aluminiumschmelze enthält; eine Vakuumkammer, die mit einem Tauchrohr, das dafür vorgesehen ist, in die Aluminiumschmelze im Aluminium-Schmelzofen eintauchbar zu sein, und mit einer Luftabsaugöffnung zum Evakuieren der Vakuumkammer versehen ist; einen Graphitrotor zum Drehspritzen von Argon, wobei der Graphitrotor eine Drehstange und einen Sprühkopf aufweist, wobei die Drehstange so eingestellt ist, dass sie mittels eines abgedichteten Lagers, das an einer Oberseite der Vakuumkammer angeordnet ist, durch den Vakuumraum der Vakuumkammer hindurch läuft und den Sprühkopf in einen Boden der Aluminiumschmelze einführt; eine elektromagnetische Rührvorrichtung, die unter dem Aluminium-Schmelzofen vorgesehen ist; ein Auslassströmungskanal für die Aluminiumschmelze ist an einer oberen Seitenwand des Ofenkörpers des Aluminium-Schmelzofens vorgesehen, und ein Einlassströmungskanal für die Aluminiumschmelze ist an einer unteren Seitenwand des Ofenkörpers des Aluminium-Schmelzofens vorgesehen.In order to achieve the above object, the present invention provides, in a first aspect, a system for in-situ autogenous aluminum-based composite material with control of the melt by continuous treatment, comprising an aluminum melting furnace containing an aluminum melt; a vacuum chamber provided with a dip tube adapted to be immersed in the aluminum melt in the aluminum melting furnace and with an air exhaust port for evacuating the vacuum chamber; a graphite rotor for rotary spraying of argon, the graphite rotor having a rotating rod and a spray head, the rotating rod being set so that it runs through the vacuum chamber of the vacuum chamber and the spray head by means of a sealed bearing which is arranged on an upper side of the vacuum chamber introduces the molten aluminum into a bottom; an electromagnetic stirring device provided under the aluminum melting furnace; an outlet flow channel for the molten aluminum is provided on an upper side wall of the furnace body of the aluminum melting furnace, and an inlet flow channel for the molten aluminum is provided on a lower side wall of the furnace body of the aluminum melting furnace.
Ferner ist eine Absperrschieberplatte jeweils am Auslassströmungskanal für die Aluminiumschmelze und am Einlassströmungskanal für die Aluminiumschmelze vorgesehen.Furthermore, a gate valve plate is provided in each case on the outlet flow channel for the aluminum melt and on the inlet flow channel for the aluminum melt.
In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Vakuumkammer eine Auskleidung aus feuerfestem Material aufweist.In a further development it is provided that the vacuum chamber has a lining made of refractory material.
In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Außendurchmesser der Vakuumkammer kleiner als der Innendurchmesser der Ofenöffnung des Aluminium-Schmelzofens ist.In a further development, it is provided that the outside diameter of the vacuum chamber is smaller than the inside diameter of the furnace opening of the aluminum melting furnace.
In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Verhältnis der Höhe zum inneren Durchmesser in der Vakuumkammer zwischen 1,5: 1 und 2: 1 liegt.In a further development, it is provided that the ratio of the height to the inner diameter in the vacuum chamber is between 1.5: 1 and 2: 1.
In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Tauchrohr durch ein Umhüllen eines metallischen Rahmens mit feuerfestem Material hergestellt wird.In a further development, it is provided that the immersion tube is produced by enveloping a metallic frame with refractory material.
In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Höhe des Tauchrohres zwischen 1/4 und 1/2 der Höhe der Vakuumkammer liegt.In a further development, it is provided that the height of the immersion tube is between 1/4 and 1/2 the height of the vacuum chamber.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem zweiten Aspekt ein Verfahren für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze durch kontinuierliche Behandlung bereit, das die folgenden Schritte umfasst:
- (1) Bereitstellen einer Vakuumkammer mit einer Luftabsaugöffnung und einem Tauchrohr, wobei das Tauchrohr dafür vorgesehen ist, in die Aluminiumschmelze im Aluminium-Schmelzofen eintauchbar zu sein; Bereitstellen eines Graphitrotors zum Drehspritzen von Argon, wobei der Graphitrotor eine Drehstange und einen Sprühkopf aufweist, wobei die Drehstange so eingestellt ist, dass sie mittels eines abgedichteten Lagers, das an einer Oberseite der Vakuumkammer angeordnet ist, durch den Vakuumraum der Vakuumkammer hindurch läuft und den Sprühkopf in einen Boden der Aluminiumschmelze einführt; Bereitstellen einer elektromagnetischen Rührvorrichtung, wobei die elektromagnetische Rührvorrichtung unterhalb des Aluminium-Schmelzofens angeordnet ist; ein Auslassströmungskanal für die Aluminiumschmelze ist an einer oberen Seitenwand des Ofenkörpers des Aluminium-Schmelzofens vorgesehen, ein Einlassströmungskanal für die Aluminiumschmelze ist an einer unteren Seitenwand des Ofenkörpers des Aluminium-Schmelzofens vorgesehen; eine Absperrschieberplatte ist jeweils am Auslassströmungskanal für die Aluminiumschmelze und am Einlassströmungskanal für die Aluminiumschmelze vorgesehen.
- (2) Zugeben eines Reaktionssalzes und eines Reaktionshilfsmittels für Reagieren, nach Schmelzen der Matrix aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in dem Aluminium-Schmelzofen;
- (3) Eintauchen des Tauchrohrs der Vakuumkammer in die Aluminiumschmelze, wobei der Vakuumraum über die Luftabsaugöffnung evakuiert wird;
- (4) Absenken des Graphitrotors, so dass die Drehstange durch ein abgedichtetes Lager, das an der Oberseite der Vakuumkammer angeordnet ist, durch den Vakuumraum der Vakuumkammer hindurch läuft und den Sprühkopf in einen Boden der Aluminiumschmelze einführt, um ein Drehspritzen von Argon zu erfolgen;
- (5) Die elektromagnetische Rührvorrichtung wird aktiviert, um die Aluminiumschmelze elektromagnetisch zu rühren;
- (6) Die Absperrschieberplatten am Auslassströmungskanal und am Einlassströmungskanal für die Aluminiumschmelze werden geöffnet, wenn die Aluminiumschmelze bei einem Durchlauf des Ofens vollständig verarbeitet ist, um neue zu behandelnde Aluminiumschmelze vom Einlassströmungskanal einzuströmen, so dass die im Aluminium-Schmelzofen behandelte Aluminiumschmelze aus dem Auslassströmungskanal abfließt, wobei, nachdem eine Aluminiumschmelze mit einer eingestellten Menge in den Aluminium-Schmelzofen eingeströmt ist, die Absperrschieberplatten geschlossen werden, um die oben beschriebenen Schritte (1)-(5) erneut auszuführen.
- (1) providing a vacuum chamber with an air suction opening and a dip tube, the dip tube being designed to be immersible in the aluminum melt in the aluminum melting furnace; Providing a graphite rotor for rotary spraying of argon, the graphite rotor having a rotating rod and a spray head, the rotating rod being set so that it runs through the vacuum chamber of the vacuum chamber by means of a sealed bearing which is arranged on an upper side of the vacuum chamber and the Introduces the spray head into a bottom of the molten aluminum; Providing an electromagnetic stirring device, wherein the electromagnetic stirring device is arranged below the aluminum melting furnace; an outlet flow channel for the molten aluminum is provided on an upper side wall of the furnace body of the aluminum melting furnace; an inlet flow channel for the aluminum melt is provided on a lower side wall of the furnace body of the aluminum melting furnace; a gate valve plate is provided on the outlet flow channel for the aluminum melt and on the inlet flow channel for the aluminum melt, respectively.
- (2) adding a reaction salt and a reaction aid for reacting after melting the matrix of pure aluminum or an aluminum alloy in the aluminum melting furnace;
- (3) immersing the immersion tube of the vacuum chamber in the aluminum melt, the vacuum space being evacuated via the air suction opening;
- (4) lowering the graphite rotor so that the rotating rod passes through a sealed bearing located at the top of the vacuum chamber, through the vacuum space of the vacuum chamber and introduces the spray head into a bottom of the aluminum melt to cause argon rotating spraying;
- (5) The electromagnetic stirring device is activated to electromagnetically stir the molten aluminum;
- (6) The gate valve plates on the outlet flow channel and the inlet flow channel for the aluminum melt are opened when the aluminum melt is completely processed in one pass of the furnace, in order to flow in new aluminum melt to be treated from the inlet flow channel, so that the aluminum melt treated in the aluminum melting furnace flows out of the outlet flow channel wherein, after molten aluminum of a set amount has flowed into the aluminum melting furnace, the gate valve plates are closed to carry out the above-described steps (1) - (5) again.
Vorzugsweise beträgt die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen 7 bis 12L/min, und die Rührgeschwindigkeit beträgt 270 bis 320 r/min.Preferably, the flow rate of argon in the argon spraying is 7 to 12 L / min, and the stirring speed is 270 to 320 r / min.
Bevorzugt umfasst das Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1.The reaction auxiliary preferably comprises Na 3 AlF 6 , LiF 3 , LiCl 3 in a mass ratio of 2.2: 1: 1 to 3.8: 1: 1.
Vorzugsweise umfasst das Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1.The reaction salt preferably comprises NaBF 4 and Na 2 TiF 6 in a mass ratio of 1.2: 1 to 1.8: 1.
Vorzugsweise wird das Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben.The reaction auxiliary is preferably added in an amount of 8 to 12% by weight of the reaction salt.
Vorzugsweise wird während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt.A pulsed magnetic field strength of 2-4T is preferably applied during the reaction.
Vorzugsweise wird während der Reaktion eine hochenergetische Ultraschallfeldstärke von 200-1800 W/m2 angelegt.A high-energy ultrasonic field strength of 200-1800 W / m 2 is preferably applied during the reaction.
Bevorzugt beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.The reaction time is preferably 10 minutes to 30 minutes.
Bei der vorliegenden Erfindung bildet die Aluminiumschmelze selbst eine Abdichtung durch die Vakuumkammer und das Tauchrohr, und die Vakuumumgebung wird durch Absaugung von Luft erzeugt, wobei die Vakuumumgebung den Partialdruck von Sauerstoff und Wasserstoff verringert und die Entgasungsbedingung verbessert. Gleichzeitig tritt die Drehstange aus Graphit durch die Vakuumkammer hindurch in den Aluminium-Schmelzofen ein, ohne während des gesamten Prozesses mit Sauerstoff in Kontakt zu kommen, wodurch die Oxidation des Graphitrotors verhindert wird und die Lebensdauer des Graphitrotors wesentlich erhöht wird.In the present invention, the aluminum melt itself forms a seal through the vacuum chamber and the dip tube, and the vacuum environment is created by suction of air, the vacuum environment being the partial pressure of oxygen and hydrogen is decreased and the degassing condition is improved. At the same time, the rotating rod made of graphite enters the aluminum melting furnace through the vacuum chamber without coming into contact with oxygen during the entire process, which prevents oxidation of the graphite rotor and significantly increases the service life of the graphite rotor.
Die vorliegende Erfindung erzielt durch elektromagnetisches Rühren eine Verstärkung der autogenen Bewegung der Aluminiumschmelze, während das Argonspritzen durchgeführt wird, und trägt dazu bei, die Verteilung der Partikel mit Verstärkungsphase gleichmäßiger zu gestalten, während die Reaktionsbedingungen der Entgasung und Entfernung von Verunreinigungen weiter verbessert werden.The present invention achieves enhancement of the autogenous movement of the molten aluminum while the argon spraying is performed by electromagnetic stirring, and contributes to making the distribution of the particles with enhancement phase more uniform while further improving the reaction conditions of degassing and removal of impurities.
In der vorliegenden Erfindung sind der Einlassströmungskanal und der Auslassströmungskanal für die Aluminiumschmelze auf dem Aluminium-Schmelzofen angeordnet, so dass nach der Verarbeitung der Aluminiumschmelze bei einem Durchlauf des Ofens neue Aluminiumschmelze durch den Einlassströmungskanal eingeführt werden kann und die verarbeitete Aluminiumschmelze von der Auslassöffnung abgeleitet werden kann, um die kontinuierliche Verarbeitung der Aluminiumschmelze unter Vakuumbedingungen zu realisieren, ohne dass eine Evakuierung bei jedem Durchlauf des Ofens erforderlich ist, sodass Prozessvorbereitungszeit und Energieverbrauch erheblich eingespart werden.In the present invention, the inlet flow channel and the outlet flow channel for the aluminum melt are arranged on the aluminum melting furnace, so that after the processing of the aluminum melt, new aluminum melt can be introduced through the inlet flow channel and the processed aluminum melt can be discharged from the outlet opening in order to realize the continuous processing of the aluminum melt under vacuum conditions without the need for an evacuation with each passage of the furnace, so that process preparation time and energy consumption can be saved significantly.
Erfindungsgemäß wird eine geeignete Menge an metallischem Magnesium zu dem Verbundmaterial hinzugefügt, so dass die Partikel nach deren Bildung die Oberflächenenergie zunächst durch Absorption des Magnesiums in der Aluminiumlösung verringern und dann eine bessere Kombination mit Aluminium bilden, auf diese Weise verlangsamt die Verwendung von Magnesium als Mittel zur Verringerung der Oberflächenenergie von Partikeln und zur Verhinderung von Agglomeration das Phänomen der Partikelablagerung wirksam. Gleichzeitig steigt durch den Zusatz von Magnesium die Viskosität der Aluminiumlösung an, und gemäß der Stocks-Formel nimmt die Viskosität des Verbundmaterials zu, die Bewegungsgeschwindigkeit der Partikel nimmt ab, ohne sich während einer längeren Zeit durch Kontakt miteinander zu agglomerieren, und es ist auch leicht, dass die Partikel während der Erstarrung von kristallinischem Korn aus α-Al eingefangen werden, wodurch eine gleichmäßig stabile Verstärker gebildet wird.According to the invention, a suitable amount of metallic magnesium is added to the composite material so that the particles after their formation first reduce the surface energy by absorbing the magnesium in the aluminum solution and then form a better combination with aluminum, thus slowing down the use of magnesium as an agent in reducing the surface energy of particles and preventing agglomeration, the phenomenon of particle deposition is effective. At the same time, the addition of magnesium increases the viscosity of the aluminum solution, and according to the Stocks formula, the viscosity of the composite material increases, the moving speed of the particles decreases without agglomerating through contact with each other for a long time, and it is also light that the particles are trapped during the solidification of crystalline grain of α-Al, whereby a uniformly stable reinforcer is formed.
Im Allgemeinen ein in situ erzeugtes TiB2-Teilchen ein Partikel mit einem Durchmesser von etwa 1 Mikrometer und ein Partikel dieser Größe setzt sich nicht in der Aluminiumlösung ab. Da die Partikel jedoch häufig in einem bestimmten lokalen Bereich (an der Grenzfläche des geschmolzenen Salzes mit der Aluminiumlösung) erzeugt werden, ist es leicht, aufgrund von einer hohen lokalen Konzentration eine Agglomeration zu verursachen. Sobald die Agglomeration auftritt, ist es außerdem sehr schwierig, sie zu trennen und zu verfeinern, so dass während des Absetz- und Verfestigungsprozesses eine Segregation auftritt. Durch Anwenden eines gepulsten Magnetfelds und eines hochenergetischen Ultraschallfelds wird die Stärke des gepulsten Magnetfelds mittels einer Schutzwirkung durch das Reaktionsschmelzesalz selbst auf 2-4T gesteuert, und die Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds wird auf 200-1800W/m2 gesteuert. Einerseits kann die Möglichkeit des Kontakts des geschmolzenen Salzes mit der Aluminiumlösung erhöht werden, was die Reaktion beschleunigt, so dass die in situ erzeugten TiB2-Partikel gleichmäßig und fein werden; Andererseits wird die Diffusion der Partikel von dem reaktionsfähigen Bereich mit hoher Konzentration in den Bereich mit niedriger Konzentration gefördert, so dass die TiB2-Partikel gleichmäßig und dispergiert sind und folglich auch das Ablagerungsphänomen des Verbundmaterials in gewisser Weise gelindert ist.Generally, a TiB 2 particle generated in situ is a particle about 1 micrometer in diameter, and a particle of this size does not settle in the aluminum solution. However, since the particles are often generated in a certain local area (at the interface of the molten salt with the aluminum solution), it is easy to cause agglomeration due to a high local concentration. Also, once agglomeration occurs it is very difficult to separate and refine so that segregation occurs during the settling and solidification process. By applying a pulsed magnetic field and a high-energy ultrasonic field, the strength of the pulsed magnetic field is controlled to 2-4T by means of a protective effect by the reaction molten salt itself, and the strength of the high-energy ultrasonic field is controlled to 200-1800W / m 2 . On the one hand, the possibility of the molten salt coming into contact with the aluminum solution can be increased, which accelerates the reaction, so that the TiB2 particles generated in situ become uniform and fine; On the other hand, the diffusion of the particles from the reactive area of high concentration to the area of low concentration is promoted, so that the TiB 2 particles are uniform and dispersed, and hence the deposition phenomenon of the composite material is also alleviated to some extent.
Das Konzept, die spezifische Struktur und die technischen Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, um den Zweck, die Merkmale und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung vollständig zu verstehen.The concept, specific structure, and technical effects of the present invention will be further described below with reference to the accompanying drawings in order to fully understand the purpose, features and effects of the present invention.
FigurenlisteFigure list
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze durch eine Vakuumkammer gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;1 Figure 3 is a schematic representation of a system for in-situ autogenous aluminum-based composite material with control of the melt through a vacuum chamber in accordance with a preferred embodiment of the present invention; -
2 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Steuerung der Schmelze durch elektromagnetisches Rühren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;2 Fig. 3 is a schematic representation of a system for in-situ autogenous aluminum-based composite material with control of the melt by electromagnetic stirring according to a preferred embodiment of the present invention; -
3 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit einer kontinuierlichen Behandlung der Schmelze gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;3 Fig. 3 is a schematic representation of a system for in-situ autogenous aluminum-based composite material with continuous treatment of the melt according to a preferred embodiment of the present invention; -
4 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit Pulverspritzen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;4th Figure 3 is a schematic illustration of a system for in situ autogenous aluminum-based composite material with powder syringes in accordance with a preferred embodiment of the present invention; -
5 ist eine schematische Darstellung des Graphitrotors von4 ;5 FIG. 13 is a schematic representation of the graphite rotor of FIG4th ; -
6 ist eine schematische Darstellung eines Systems für in-situ-autogenes aluminiumbasiertes Verbundmaterial mit permanentmagnetischem Rühren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;6th Fig. 3 is a schematic representation of a system for in-situ autogenous aluminum-based composite material with permanent magnetic stirring according to a preferred embodiment of the present invention; -
7 ist eine schematische Darstellung des Graphitrotors von6 .7th FIG. 13 is a schematic representation of the graphite rotor of FIG6th .
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Nachfolgend wird eine Anzahl bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eingeführt, um den technischen Inhalt der vorliegenden Erfindung klarer und verständlicher zu machen. Die vorliegende Erfindung kann in vielen verschiedenen Formen von Ausführungsbeispielen ausgeführt werden und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die im Text erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt.In the following, a number of preferred embodiments of the present invention will be introduced with reference to the accompanying drawings, in order to make the technical content of the present invention clearer and more understandable. The present invention can be embodied in many different forms of exemplary embodiment, and the scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments mentioned in the text.
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
Wie in
Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction salt described above comprises NaBF 4 and Na 2 TiF 6 in a mass ratio of 1.2: 1 to 1.8: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that the reaction auxiliary described above comprises Na 3 AlF 6 , LiF 3 , LiCl 3 in a mass ratio of 2.2: 1: 1 to 3.8: 1: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction auxiliary described above is added in an amount of 8 to 12% by weight of the reaction salt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a pulsed magnetic field strength of 2-4T is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a strength of the high-energy ultrasonic field of 200-1800 W / m 2 is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.In a preferred embodiment according to the present invention, the reaction time is 10 minutes to 30 minutes.
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
Wie in
Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange
Eine elektromagnetische Rührvorrichtung ist unterhalb des Aluminium-Schmelzofens angeordnet und umfasst einen Induktor
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction salt described above comprises NaBF 4 and Na 2 TiF 6 in a mass ratio of 1.2: 1 to 1.8: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that the reaction auxiliary described above comprises Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in a mass ratio of 2.2: 1: 1 to 3.8: 1: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction auxiliary described above is added in an amount of 8 to 12% by weight of the reaction salt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a pulsed magnetic field strength of 2-4T is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a strength of the high-energy ultrasonic field of 200-1800 W / m 2 is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.In a preferred embodiment according to the present invention, the reaction time is 10 minutes to 30 minutes.
Drittes AusführungsbeispielThird embodiment
Wie in
Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange
Eine elektromagnetische Rührvorrichtung ist unterhalb des Aluminium-Schmelzofens angeordnet und umfasst einen Induktor
Ein Auslassströmungskanal
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction salt described above comprises NaBF 4 and Na 2 TiF 6 in a mass ratio of 1.2: 1 to 1.8: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that the reaction auxiliary described above comprises Na 3 AlF 6 , LiF 3 , LiCl 3 in a mass ratio of 2.2: 1: 1 to 3.8: 1: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction auxiliary described above is added in an amount of 8 to 12% by weight of the reaction salt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a pulsed magnetic field strength of 2-4T is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a strength of the high-energy ultrasonic field of 200-1800 W / m 2 is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.In a preferred embodiment according to the present invention, the reaction time is 10 minutes to 30 minutes.
Viertes AusführungsbeispielFourth embodiment
Wie in
Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange
Wie in
Das Argonspritzen erfolgt durch das Argonspritzen-Rohr
Das Innenrohr
Vorzugsweise benutzen das Pulverförderrohr
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction salt described above comprises NaBF 4 and Na 2 TiF 6 in a mass ratio of 1.2: 1 to 1.8: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that the reaction auxiliary described above comprises Na 3 AlF 6 , LiF 3 , LiCl 3 in a mass ratio of 2.2: 1: 1 to 3.8: 1: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction auxiliary described above is added in an amount of 8 to 12% by weight of the reaction salt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a pulsed magnetic field strength of 2-4T is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a strength of the high-energy ultrasonic field of 200-1800 W / m 2 is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.In a preferred embodiment according to the present invention, the reaction time is 10 minutes to 30 minutes.
Fünftes AusführungsbeispielFifth embodiment
Wie in
Gleichzeitig wird ein Drehspritzen von Argon für die Aluminiumschmelze erfolgen: Der Graphitrotor wird abgesenkt, wobei die Drehstange
Wie in
Das Argonspritzen erfolgt durch das Argonspritzen-Rohr
Das Innenrohr
Vorzugsweise benutzen das Pulverförderrohr
Wie in
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Flussrate des Argons bei dem Argonspritzen auf 7 bis 12L/min eingestellt ist, und die Rührgeschwindigkeit
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionssalz NaBF4 und Na2TiF6 in einem Massenverhältnis von 1, 2: 1 bis 1, 8: 1 umfasst.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction salt described above comprises NaBF 4 and Na 2 TiF 6 in a mass ratio of 1.2: 1 to 1.8: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel Na3AlF6, LiF3, LiCl3 in einem Massenverhältnis von 2, 2: 1: 1 bis 3, 8: 1: 1 umfasst.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that the reaction auxiliary described above comprises Na 3 AlF 6 , LiF 3 , LiCl 3 in a mass ratio of 2.2: 1: 1 to 3.8: 1: 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das oben beschriebe Reaktionshilfsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew. -% des Reaktionssalzes zugegeben wird.In a preferred exemplary embodiment according to the present invention, it is provided that the reaction auxiliary described above is added in an amount of 8 to 12% by weight of the reaction salt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine gepulste magnetische Feldstärke von 2-4T angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a pulsed magnetic field strength of 2-4T is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während der Reaktion eine Stärke des hochenergetischen Ultraschallfelds von 200-1800 W/m2 angelegt wird.In a preferred embodiment according to the present invention it is provided that a strength of the high-energy ultrasonic field of 200-1800 W / m 2 is applied during the reaction.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Reaktionszeit 10min bis 30 min.In a preferred embodiment according to the present invention, the reaction time is 10 minutes to 30 minutes.
In anderen Ausführungsbeispielen kann der Aluminium-Schmelzofen auch auf einem Hebetisch vorgesehen sein, wobei eine rotierende Plattform drehbar auf dem Hebetisch angeordnet ist, wobei die rotierende Plattform relativ zu dem Hebetisch durch dem Antrieb des Elektromotors drehbar ist und der Aluminium-Schmelzofen an der rotierenden Plattform fest angeordnet ist, Während ein Argonspritzen für die Aluminiumlösung in dem Aluminium-Schmelzofen erfolgt, wird der Aluminium-Schmelzofen mit der rotierenden Plattform gedreht, wobei gleichzeitig die darin befindliche Aluminiumlösung, insbesondere die an der Seite der Ofenwand des Aluminium-Schmelzofens befindliche Aluminiumlösung, zur Bewegung mitgenommen wird, sodass der Nachteil, dass dieser Teil der Aluminiumlösung durch das Drehspritzen von Argon schwach beeinflusst wird, beseitigt wird.In other exemplary embodiments, the aluminum melting furnace can also be provided on a lifting table, a rotating platform being rotatably arranged on the lifting table, the rotating platform being rotatable relative to the lifting table by the drive of the electric motor and the aluminum melting furnace on the rotating platform is fixed, while argon is sprayed for the aluminum solution in the aluminum melting furnace, the aluminum melting furnace is rotated with the rotating platform, while at the same time the aluminum solution located in it, in particular the aluminum solution located on the side of the furnace wall of the aluminum melting furnace, for Movement is entrained, so that the disadvantage that this part of the aluminum solution is weakly affected by the rotary spray of argon is eliminated.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind oben im Detail beschrieben. Es sollte verstanden werden, dass der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet viele Modifikationen und Variationen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung ohne jeglichen kreativen Aufwand vornehmen kann. Daher kann der Fachmann, der auf dem Gedanken der vorliegenden Erfindung im Stand der Technik basiert, die technischen Lösungen durch logische Analyse, Schlussfolgerung oder begrenzte Experimente erhalten, wobei die erhaltenen Lösungen alle innerhalb des durch die Ansprüche definierten Schutzumfangs fallen.The preferred embodiments of the present invention are described in detail above. It should be understood that those of ordinary skill in the art can make many modifications and variations in accordance with the concepts of the present invention without any creative effort. Therefore, those skilled in the art, based on the idea of the present invention in the prior art, can obtain the technical solutions through logical analysis, inference or limited experimentation, the solutions obtained all falling within the scope of protection defined by the claims.
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